【導(dǎo)讀】水系統(tǒng)的建設(shè)就顯得尤為重要。而且隨著城市用水量不斷增加，對供水系統(tǒng)的。建設(shè)提出了更高的要求。供水的經(jīng)濟性、可靠性、穩(wěn)定性直接影響到小區(qū)住戶。的正常生活和工作。本系統(tǒng)是針對居民生活用水而設(shè)計的一套由變頻器、PLC、水泵機組等設(shè)備組成的自動變頻恒壓供水控制系統(tǒng)。足需要，具有運行穩(wěn)定、操作簡單和高效節(jié)能等特點。本文首先介紹了采取變頻調(diào)速方式實現(xiàn)恒壓供水相對于傳統(tǒng)的閥門控制恒。變頻器的恒壓供水系統(tǒng)的方案，并給出了硬件設(shè)計和PLC控制程序設(shè)計。

　　

【正文】 電性能滿足技術(shù)指標的要求。 該傳感器的量程為 0～ ，工作溫度為 5℃ ～ 60 ℃ ，供電電源為 28177。3V（ DC） 。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 26 系統(tǒng)主電路設(shè)計 圖 38 系統(tǒng)主電路接線 根據(jù)供水的不同需求，水泵會工作在兩種模式：即工作于工頻或在變頻電下運行。 KM KM KM5 分別為水泵 M1 、 M2 、 M3 工頻運行時接通 /關(guān)斷電源的控制接觸器， KM0、 KM2 、 KM4 分別為水泵 M M M3 變頻運行時接通 /關(guān)斷電源的控制接觸器。 熱繼電器 (FR)是利用 電流的熱效應(yīng)原理工作的保護電路，用它們來實現(xiàn)水泵的過載保護。 熔斷器 (FU)是利用熱溶化來實現(xiàn)的短路保護裝置。是利用電流超過允許值產(chǎn)生的大量熱量使串接于主電路中的熔體熔斷而切斷電路，防止電氣設(shè)備短路和嚴重過載。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 27 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 PLC 控制 PLC 程序流程圖 PLC 在系統(tǒng)中的作用是控制交流接觸器組進行工頻 — 變頻的切換和水泵工作數(shù)量的調(diào)整。工作流程如圖 41 所示： 圖 41 PLC 程序流程圖 系統(tǒng)起動之后，檢測是自動運行模式還是手動運行模式。如果是手動運行模式則進行手動操作，人們根據(jù)自己的需要操作相應(yīng)的按鈕 ，系統(tǒng)根據(jù)按鈕執(zhí)河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 28 行相應(yīng)操作。如果是自動運行模式，則系統(tǒng)根據(jù)程序及相關(guān)的輸入信號執(zhí)行相應(yīng)的操作。 手動模式主要是解決系統(tǒng)出錯或器件出問題 。 在自動運行模式中，如果 PLC 接到頻率上限信號，則執(zhí)行增泵程序，增加水泵的工作數(shù)量。如果 PLC 接到頻率下限信號，則執(zhí)行減泵程序，減少水泵的工作數(shù)量。沒接到信號就保持現(xiàn)有的運行狀態(tài) [11]。 手動運行 當按下 SB7按鈕，用手動方式。按下 SB10手動啟動變頻器。當系統(tǒng)壓力不夠需要增加泵時，按下 SBn（ n=1,3,5） 按鈕，此時切斷電機變頻，同時啟動電機工頻運行 ,再起動下一臺電機 。為了變頻向工頻切換時保護變頻器免于受到工頻電壓的反向沖擊，在切換時，用時間繼電器作了時間延遲，當壓力過大時，可以手動按下 SBn（ n=2,4,6） 按鈕，切斷工頻運行的電機，同時啟動電機變頻運行?？筛鶕?jù)需要，停按不同電機對應(yīng)的啟停按鈕，可以依次實現(xiàn)手動啟動和手動停止三臺水泵 。 該方式僅供自動故障時使用 。 自動運行 由 PLC分別控制某臺電機工頻和變頻繼電器，在條件成立時，進行增泵升壓和減泵降壓控制 。 升壓控制： 系統(tǒng)工作時，每臺水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網(wǎng)拖動狀態(tài)、變頻器拖動調(diào)速狀態(tài)和停止狀態(tài) 。 系統(tǒng)開始工作時， 供水管道內(nèi)水壓力為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開始運行，第一臺水泵 M1，啟動且轉(zhuǎn)速逐漸升高，當輸出壓力達到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間 M1處在調(diào)速運行狀態(tài) 。 當用水量增加水壓減小時，通過壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)水泵按設(shè)定速率加速到另一個穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 ； 反之用水量減少水壓增加時，水泵按設(shè)定的速率減速到新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 。 當用水量繼續(xù)增加，變頻器輸出頻率增加至工頻時，水壓仍低于設(shè)定值，由 PLC控制切換至工頻電網(wǎng)后恒速運行 ； 同河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 29 時，使第二臺水泵 M2投入變頻器并變速運行，系統(tǒng)恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達到 設(shè)定值為止。如果用水量繼續(xù)增加，每當加速運行的變頻器輸出頻率達到工頻時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，并有新的水泵投人并聯(lián)運行 。 當最后一臺水泵 M3投人運行，變頻器輸出頻率達到工頻，壓力仍未達到設(shè)定值時，控制系統(tǒng)就會發(fā)出故障報警 。 降壓控制：當用水量下降水壓升高，變頻器輸出頻率降至起動頻率時，水壓仍高于設(shè)定值，系統(tǒng)將工頻運行時間最長的一臺水泵關(guān)掉，恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達到設(shè)定值 。 當用水量繼續(xù)下降，每當減速運行的變頻器輸出頻率降至起動頻率時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，直到剩下最后一臺變頻泵運行為止。 編程及介紹 總 程序的順序功能圖 圖 42 總程序的順序功能圖 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 30 自動運行順序功能圖 按下 SB8 按鈕，系統(tǒng)進入自動運行模式，順序功能圖如 43 所示。 圖 43 自動運行順序功能圖 Y0 接 KM0 控制 M1 的變頻運行， Y1 接 KM1 控制 M1 的工頻運行； Y2 接KM2 控制 M2 的變頻運行， Y3 接 KM3 控制 M2 的工頻運行； Y4 接 KM4 控制M3 的變頻運行， Y5 接 KM5 控制 M3 的工頻運行 。 系統(tǒng)起動時， KM1 閉合， 1 泵以變頻方式運行。 當變頻器的運行頻率超出一個上限信號后， PLC 通過這個上限信號后將 1水泵由 變頻運行轉(zhuǎn)為工頻運行， KM1 斷開 KM0 吸合，同時 KM3 吸合變頻起動第 2水泵。 如果再次接收到變頻器上限信號，則 KM3 斷開 KM2 吸合，第 2水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻運行， 3水泵變頻起動。 如果變頻器頻率偏低，即壓力過高，輸出的下限信號使 PLC 關(guān)閉 KMKM2，開啟 KM3， 2水泵變頻起動。 再次接到下限信號就關(guān)閉 KM KM0， 吸合 KM1，只剩 1水泵變頻運行。 為了防止出現(xiàn)某臺電動機既接工頻電又接變頻電設(shè)計了電氣互鎖。在同是河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 31 控制 M1 電動機的兩個接觸器 KM KM0 線圈中分別串入了對方的常閉觸頭形成電氣互鎖。 手動模式順序功能圖 當 按下 SB9 按鈕，系統(tǒng)進入手動運行模式。系統(tǒng)的每步動作都必須有相應(yīng)的操作。順序功能圖如圖 44 所示。 圖 44 自動運行順序功能圖 按下按鈕 SB9 之后，啟動了變頻器，系統(tǒng)進入手動運行模式。當用戶按下SBn（ n=1， 3， 5） 三臺電機分別處于工頻運行，當用戶按下 SBn（ n=2， 4， 6）三臺電機分別處于變頻運行。可以多臺電機于不同的頻率工作，但一臺電機只能以一種頻率下工作（如 1 電機，如果控制它工作的 SB1,SB2 按鈕被同時按下則發(fā)出警報且電機無法起動）。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 32 系統(tǒng)程序梯形圖設(shè)計 系統(tǒng)程序的關(guān)鍵在于 PLC 程序的合 理性、可靠性問題。根據(jù)控制要求及上述所列出的自動控制過程表和功能圖，本系統(tǒng)設(shè)計出控制程序。系統(tǒng)包括 自動運行 程序， 手動運行 程序 ，報警程序 。程序 詳細情況見附錄。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 33 5 總結(jié) 與展望 本論文研究的是變頻恒壓供水系統(tǒng)。 恒壓供水系統(tǒng)以 PLC和變頻器為核心進行設(shè)計，借助于 PLC強大而靈活的控制功能和內(nèi)置 PID的變頻器優(yōu)良的變頻調(diào)速性能，實現(xiàn)了恒壓供水的控制。該系統(tǒng)采用 PCL控制變頻器進行 PID調(diào)節(jié)，按實際需要隨意設(shè)定壓力給定值，根據(jù)壓差調(diào)整水泵的工作情況，實現(xiàn)恒壓供水，使給水泵始終在高效率下運行，在啟動時壓力波動小，可控制在 給定值的 5%范圍內(nèi)。 恒壓供水在日常生活中非常重要，基于 PLC和變頻器技術(shù)設(shè)計的生活恒壓供水控制系統(tǒng)可靠性高、效率高、節(jié)能效果顯著、動態(tài)響應(yīng)速度快。 因?qū)崿F(xiàn)了恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作，節(jié)省了人力，提高了供水質(zhì)量，減輕了勞動強度，可實現(xiàn)無人值班，節(jié)約管理費用。對整個供水過程來說，系統(tǒng)的可擴展性好，管理人員可根據(jù)每個季節(jié)的用水情況，選擇不同的壓力設(shè)定范圍，不但節(jié)約了用水，而且節(jié)約了電能，達到了更優(yōu)的節(jié)能方式，實現(xiàn)供水的最優(yōu)化控制和穩(wěn)定性控制。 目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計中，對于能適 應(yīng)不同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC)的變頻但壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的。因此，有待于進一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實踐中。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 34 致 謝 大學(xué)本科的四年學(xué)習(xí)生活，在愉快而緊張中轉(zhuǎn)眼也要告以段落了。本文的研究工作是在張素妍 老師 悉心指導(dǎo)下的結(jié)果。在此，我致以衷心的感謝和誠摯的敬意！ 我在選題和研究工作中得到了張素妍 老師 的耐心指導(dǎo)和無私的幫助，她 在課題研究的過程中，均給予了大量有啟發(fā)性的指導(dǎo)。在與她的討論和請教的 過程中，我受益非淺，使得在碰到問題時得以一一順利地解決，經(jīng)過近 2 個月的努力，最終初步完成了本課題的研究工作。在此，作者表示深深的謝意。 四年來我一直在一種非常融洽、和諧、上進的氣氛中學(xué)習(xí)，不斷取得進步，得到了眾多人的幫助。在此，誠摯的感謝四年來默默為我們付出的電氣學(xué)院所有的老師，感謝多年來一直在背后默默支持我的父母，是你們無言的關(guān)懷、鼓勵和寬容，才使我有了這樣的動力；同時，也向幫助和鼓勵過我的師兄、師弟們表示衷心的感謝。沒有你們，也就沒有今天的我。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 35 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MM+0~24直流電源L1L2L3工頻電QSKM6KM0KM1KM2KM3KM4KM51 號泵2 號泵3 號泵L1L2FR1 FR2 FR3FU1 FU2 FU3220V壓力設(shè)定壓力傳感器啟動按鈕停止按鈕M1 過載檢測M2 過載檢測M3 過載檢測M1 工頻M1 變頻M2 工頻M2 變頻M3 變頻M3 工頻自動 手動選擇手動變頻器啟動上限增泵下限減泵~220VKM0KM1KM2KM3KM4KM5KM6KM0KM1KM2KM3KM4KM5M1 變頻M2 變頻M3 變頻M1 工頻M2 工頻M3 工頻故障報警X0X1X2X3X4X5Y7COMCOMX6X7X10X11X12X13X14X15X16LNY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y10COM1FX2N32MRCOM2COM3RSTUVWSTFFUOLCSE10254FRA540 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 37 附錄 B 系統(tǒng)梯形圖 （ 1） 自動運行部分 起動 1泵 按下起動按鈕，系統(tǒng)檢測采用那種運行模式。如果按鈕 SB7 沒按，則使用自動運行模式。變頻起動 1水泵。 起動 1， 2泵： 接收到變頻器上限信號 ， PLC 通過這個上限信號后將 1水泵由變頻運行轉(zhuǎn)為工頻運行， KM1 斷開 KM0 吸合，同 時 KM3 吸合變頻起動第 2水泵。 起動 1泵： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 38 接到下限信號就關(guān)閉 KM KM0， 吸合 KM1，只剩 1水泵變頻運行。 起動 1， 2泵： 輸出的下限信號使 PLC 關(guān)閉 KM KM2，開啟 KM3， 2水泵變頻起動。 起動 1泵： 接到下限信號關(guān)閉 KM KM0， 吸合 KM1，只剩 1水泵變頻運行。 (2)手動運行部分 按下手動起動按鈕 SB10，手動起動變頻器。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 39